Les lymphocytes T sont de féroces guerriers. Avec juste un soupçon d'attaque - qu'il s'agisse d'une infection ou d'un cancer naissant - ils se rallient, augmentent en nombre et lancent une défense à grande échelle.

Mais ils ne sont pas invincibles. Parfois, les soldats cellulaires deviennent trop zélés, attaquant les tissus amis. Ou leurs défenses sont anéanties par des ennemis particulièrement odieux, comme HIV et le cancer.

Pouvons-nous augmenter ou réduire leur ferveur en modifiant leurs gènes ?

Entrez dans un nouveau type de CRISPR. Connue principalement comme un multi-outil pour couper, couper, modifier ou autrement rotuler un gène existant, cette version, baptisée CRISPRa, active de force les gènes. Optimisé par scientifiques des instituts Gladstone et de l'UC de San Francisco, l'outil est contrebalancé par CRISPRi - "i" pour "interférence", qui, vous l'avez deviné, interfère avec l'expression du gène.

Bien qu'ils aient déjà été utilisés dans des cellules immortelles cultivées en laboratoire, c'est la première fois que ces outils CRISPR sont réajustés pour des cellules extraites de notre corps. Ensemble, les outils ont criblé simultanément près de 20,000 XNUMX gènes dans des cellules T isolées chez l'homme, créant un traducteur génétique massif - des gènes à la fonction - qui cartographie l'influence des gènes individuels sur les cellules T.

Les résultats donnent un aperçu sans précédent des protecteurs de notre corps. Ils établissent également une feuille de route pour modifier génétiquement les cellules T, que ce soit pour stimuler davantage les immunothérapies telles que CAR-T ou pour lutter contre les maladies auto-immunes.

"Il s'agit d'une percée passionnante qui accélérera la recherche en immunothérapie", a affirmé Valérie Plante. Dr Alex Marson à Gladstone, qui a dirigé l'étude. "Ces expériences CRISPRa créent une pierre de Rosette pour comprendre quels gènes sont importants pour chaque fonction des cellules immunitaires."

L'arsenal immunitaire

Notre système immunitaire est un complexe militaire cellulaire hautement coordonné.

Tout comme les forces aériennes, navales et terrestres, le système immunitaire dispose également d'unités cellulaires spécialisées. Les cellules B, par exemple, libèrent des anticorps - les missiles à longue portée du corps - contre les virus, les bactéries et d'autres agents pathogènes envahisseurs. Cellules tueuses naturelles traquer impitoyablement les cellules cancéreuses dès leur apparition (et oui, c'est leur nom scientifique). Macrophages sont des brutes massives qui mangent littéralement leurs ennemis et recrachent les morceaux restants tout en alertant les autres forces d'une invasion.

Mais sans doute, Les lymphocytes T sont le centre de commande. Ces cellules, une famille avec des aspects et des rôles moléculaires différents, coordonnent de multiples aspects du système immunitaire. Certains recueillent des renseignements et les enregistrent dans le registre moléculaire du corps pour se préparer à la prochaine série d'invasions. D'autres tirent immédiatement sur les ennemis rencontrés précédemment. Les cellules T peuvent également contrôler et coordonner plusieurs attaques à la fois et sont essentielles pour équilibrer l'immunité à travers les décennies.

Leur arme secrète ? Cytokines.

Les cytokines sont de minuscules molécules immunitaires qui agissent à la fois comme des missiles et des dispositifs de communication. Comme le code Morse, différents types de cytokines véhiculent des informations différentes. Les lymphocytes T ne sont pas les seuls producteurs de cytokines parmi les cellules immunitaires. Mais ils pompent des cytokines menaçantes comme les interférons, qui aident à coordonner une attaque unie contre les intrus.

Le problème? Ce que nous savons de ces cellules puissantes provient principalement des données de lignées cellulaires immortalisées, qui sont soigneusement sélectionnées pour se développer dans des boîtes de Pétri. C'est un peu comme (hypothétiquement) étudier les zombies pour comprendre les humains - certaines similitudes, mais très différentes en termes de fonctionnement interne biologique.

Entrez CRISPRa

L'équipe s'est lancée avec un objectif simple : exploitons CRISPRa pour comprendre les vastes réseaux de communication des cellules T.

CRISPRa était introduit il y a plus d'une demi-décennie comme un moyen de stimuler, plutôt que d'inhiber, l'expression des gènes. Ici, le composant classique "ciseaux" de CRISPR est désactivé. Au lieu de cela, l'outil est lié à une protéine qui recrute la machinerie moléculaire pour activer un gène, et à son tour amplifie la capacité d'un gène à fabriquer des protéines sans modifier le gène lui-même. En guise de contrepoids, les auteurs ont également introduit CRISPRi, l'outil inhibiteur pour réprimer l'expression des gènes. Les outils ont été présentés comme un tour de force pour dépister efficacement l'ensemble de notre génome dans le but de trouver des liens moléculaires qui mènent à la santé ou à la maladie.

Pourtant, bien qu'efficaces dans les cellules immortalisées, les outils, livrés avec un virus castré, ne pouvaient pas pénétrer efficacement dans les cellules humaines isolées du corps, appelées « cellules primaires ».

Telles sont les questions abordées par la nouvelle étude. L'équipe a d'abord développé une recette améliorée de production et de livraison de lentivirus afin que les outils s'intègrent mieux dans les cellules T humaines primaires. Puis vint un agent spécial, le Médiateur d'activation synergique CRISPRa (SAM)- qui stimule l'expression du gène cible.

"Cette efficacité améliorée dans la livraison de la machinerie CRISPRa ou CRISPRi dans les cellules était essentielle pour permettre des expériences à l'échelle du génome et accélérer les découvertes", a déclaré Marson.

Dans une première preuve de concept, l'équipe a utilisé l'outil sur des lymphocytes T immunitaires isolés de deux donneurs humains. Ensemble, ils ont découvert ou minimisé près de 20,000 2 gènes codant pour des protéines, en se concentrant en particulier sur deux cytokines : IL-XNUMX et IFN-gamma.

Les deux sont des poids lourds dans le système immunitaire. L'IL-2 est généralement pompée par un type de lymphocytes T. Le messager moléculaire aide à coordonner des forces supplémentaires de l'armée immunitaire et est déjà utilisé pour lutter contre l'auto-immunité et le cancer dans les cliniques. L'IFN-gamma déclenche une forte réponse immunitaire contre les agents pathogènes, et son activation est en corrélation avec des "réponses positives d'immunothérapie contre le cancer", a déclaré l'équipe.

L'équilibre est la clé

Le système immunitaire est régulé par une danse coordonnée très complexe entre activation et inhibition. Les études précédentes se sont principalement concentrées sur la fermeture des gènes. Mais pour analyser le système immunitaire, ce n'est que la moitié de l'image.

"L'inactivation des gènes est excellente pour comprendre les bases du fonctionnement des cellules immunitaires, mais une approche d'inactivation uniquement peut manquer d'identifier certains gènes vraiment critiques", a déclaré l'auteur de l'étude, le Dr Zachary Steinhart.

Ici, l'équipe a creusé profondément. En utilisant à la fois CRISPRa et CRISPRi, ils ont activé ou inhibé près de 20,000 XNUMX gènes dans les cellules T. Ils ont ensuite analysé les changements qui en résultent dans les voies génétiques, les "lignes téléphoniques" qui indiquent à une cellule T comment réagir face à un ennemi.

Dans certains écrans, un ensemble particulier de gènes a changé à tous les niveaux, suggérant qu'ils pourraient être des centres de commande très sensibles pour notre système immunitaire. D'autres gènes étaient étonnamment spécifiques. Certains ne se sont activés que pour produire une cytokine particulière.

L'appariement CRISPRa et CRISPRi est une manière particulièrement puissante d'aborder la biologie. Considérez-le comme un gradateur de lumière. Plutôt que la méthode traditionnelle CRISPR de couper le fil, les deux outils combinés peuvent régler ou réduire n'importe quelle combinaison de gènes de manière réversible à l'intérieur des cellules humaines. Dans cette étude, en utilisant CRISPRi, l'équipe a trouvé des gènes qui aident à contrôler les cytokines, ce qui pourrait aider à lutter contre les maladies auto-immunes. CRISPRa, à son tour, a découvert des goulots d'étranglement dans la machinerie moléculaire nécessaire pour activer les cellules T et renforcer l'immunité.

Thérapies cellulaires T améliorées

L'étude pourrait nous aider à développer de meilleures armes CAR-T contre le cancer et d'autres immunothérapies. "Nos nouvelles données nous donnent ce manuel d'instructions incroyablement riche pour les cellules T", a déclaré Marson. "Nous avons maintenant un langage moléculaire de base que nous pouvons utiliser pour concevoir une cellule T afin qu'elle ait des propriétés très précises."

Mais ce qui se trouve au-delà est encore plus prometteur. Les deux écrans - soit en augmentant soit en abaissant l'expression des gènes dans des dizaines de milliers de gènes sur un coup de tête - peuvent être adaptés pour creuser dans les troubles auto-immuns, l'immunodéficience ou les infections provenant de dons de cellules humaines.

Ce sera certainement une aubaine pour des traitements personnalisés. Comme l'a dit Marson, "Notre équipe espère maintenant utiliser notre nouveau manuel d'instructions pour créer des programmes de gènes synthétiques qui peuvent être intégrés par CRISPR dans les immunothérapies cellulaires de nouvelle génération pour traiter un large éventail de maladies."

Crédit image: Sangharsh Lohakare / Unsplash 

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• Source : https://singularityhub.com/2022/03/08/crispr-on-off-switch-will-help-uncover-mysteries-of-our-immune-system/